桂北地区前汛期两次极端强降水成因对比分析

利用地面高空常规观测资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的全球气候第五代大气再分析数据(ERA5)资料,对2022年4月25—30日(“4·25”过程)和2023年5月21—22日(“5·22”过程)两个极端强降水过程进行分析,探讨两次过程的触发机制。结果表明:(1)两次过程均发生在500~700 hPa高原东侧有小波动发展的天气尺度下,“4·25”过程具有持续时间久、范围大、短时雨强大和夜雨特征明显的特征;“5·22”过程具有持续时间短、降水中心范围小、短时雨强大和夜雨特征明显的特征。(2)有利的环境条件为暴雨的形成提供较好的水汽和热力不稳定条件。但“5·22”过程环境条件更强,异常强的层结不稳定和抬升作用对“5·22”极端强降水的发展提供有利条件。(3)超低空急流建立强劲的水汽通道,两次过程的强降水中心存在水汽通量辐合大值区,超低空急流输送的暖湿气流为强降水的产生提供稳定持续的水汽条件。

增温对不同土壤上冬小麦保护酶活性的影响

为探究全球气候变暖背景下冬小麦生长发育情况,通过全生育期增温,研究温度升高对冬小麦叶片保护酶活性和产量的影响。2021年11月,在南京信息工程大学农业气象试验站进行框栽试验,以常温为对照(CK),以开放式增温装置模拟大气增温1.5℃(eT)条件,以在南移的黑龙江黑土、北移的海南砖红壤和江苏南京黄棕壤上生长的冬小麦为研究材料,以成熟期小麦株高、单穗粒数、千粒质量等指标体现生长量的变化,以拔节期和开花期冬小麦叶片的叶绿素(SPAD)和丙二醛(MDA)含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性等指标表征保护酶系统的变化。结果表明:全生育期增温使生长在黄棕壤、黑土和砖红壤上的小麦叶绿素含量分别显著减少了9.51%、19.03%和4.60%,使开花期MDA含量分别显著增加了10.59%、14.83%和13.72%,说明增温通过影响光合作用和膜脂过氧化衰减了叶片功能使开花期叶片SOD、POD和CAT活性显著升高,这表明冬小麦叶片在增温条件下仍保持了较高的抗氧化能力。相关性分析表明,开花期MDA含量、POD活性与产量指标呈显著负相关(P<0.05)。此外,全生育期增温显著降低了生长在黄棕壤和黑土上冬小麦的株高、单穗粒数和千粒质量,最终导致产量分别减少33.86%和16.53%,然而黑土上生长的冬小麦各参数对增温的响应程度低于黄棕壤。增温导致砖红壤上生长的冬小麦千粒质量有所降低,但是最终产量未达到5%的显著差异。综合而言,增温能通过降低光合作用、提升膜脂过氧化水平导致冬小麦生长减缓,且这种减缓作用在黑龙江黑土冬小麦上的效应较弱,但对黄棕壤上的冬小麦影响较大。

不同类型土壤大豆产量对增温2℃的响应差异

中国农业种植区是全球对气候变化较敏感的地区之一,不同类型土壤的温度敏感性对农田生产力与全球气候变化的反馈关系产生重要影响。为了揭示不同类型土壤大豆产量对未来大气温度增加的响应规律,本研究以常温为对照,采用红外辐射加热装置模拟大气增温2℃,研究增温对黑土、棕壤、盐碱土、风沙土、灰钙土、黄土、黄棕壤、紫色土、砂礓黑土、潮土、红壤和砖红壤上大豆产量的影响。结果表明:增温2℃促使红壤上大豆的一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数和总荚数显著增加,分别比对照处理增加152.3%、144.7%、206.9%和147.5%,但增温2℃使砂礓黑土上大豆瘪荚数增加42.8%。除了砖红壤上大豆的二粒荚数增加76.4%和紫色土上大豆总荚数增加50.5%,其它类型土壤上大豆荚数虽有变化,但均未达到5%的差异显著水平。此外,增温2℃显著提高了红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土上大豆的单株粒数,相应地,产量分别增加241.4%、59.2%、47.6%和75.2%。由此可见,中国主要农田土壤类型中红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土4种土壤上大豆产量及其产量构成因素对增温2℃响应敏感,且表现出正效应,其它8种类型土壤上大豆产量对增温2℃响应不敏感。表明大豆产量形成对大气增温的响应间接受到土壤类型的调控。

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N_(2)O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC)3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N_(2)O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N_(2)O排放通量。结果表明:较单施化肥相比,NPK+SR处理N_(2)O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N_(2)O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N_(2)O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N_(2)O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。

增温对冬小麦产量的影响因土壤类型而不同

本研究旨在揭示不同土壤类型条件下,小麦产量对增温的响应规律及特征。试验采用开放式增温系统对冬小麦全生育期进行全天增温,供试土壤为黑土、棕壤、风沙土、潮土、红壤和砖红壤。与常温处理相比,增温处理冬小麦株高、地上干重、穗粒数和产量分别增加了11.5%、17.7%、12.3%和12.8%;增温对生长在不同类型土壤上的小麦株高的影响不同,生长在潮土上的小麦株高增幅最大,而生长在风沙土上的小麦株高增幅最小;增温使生长在黑土上的小麦产量降低了33.3%,而风沙土和红壤上的小麦产量分别增加了44.7%和43.2%。研究表明生长在各地域的冬小麦适应气候变化的潜力存在差异,该结果可为不同气候区小麦生产适应未来气候变化提供理论指导。

不同来源生物炭对土壤磷吸附解吸的影响

主要研究了水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳四种来源的生物炭对土壤磷吸附解吸的影响。研究结果表明:生物炭对土壤磷吸附的影响取决于土壤溶液中磷的浓度,与对照相比,在中低磷浓度(0~90 mg L-1)时,四种生物炭对土壤磷的吸附影响较小,而在较高磷浓度时,小麦秸秆生物炭和花生壳生物炭均抑制了土壤磷的吸附,而水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭均能促进土壤磷的吸附。吸附动力学试验表明,在反应开始的4小时内,土壤对磷的吸附较快,吸附量基本达到平衡吸附量的50%;到达吸附平衡时,添加生物炭能够降低土壤对磷的吸附量,四种生物炭对土壤磷的吸附量依次为:小麦秸秆>玉米秸秆>花生壳>水稻秸秆。此外四种生物炭都能促进土壤中磷的解吸,其中玉米秸秆的促进效果最为显著,解吸量比对照高1.76倍。Langmuir方程和Freundlich方程都能很好地拟合生物炭存在下土壤磷的吸附等温线(P<0.01),Freundlich拟合程度要比Langmuir方程的高。准一级动力学方程和准二级动力学方程都能很好地描述生物炭存在下土壤磷的吸附动力学(P<0.01)。